掃描穿隧式顯微鏡所取得的影像能捕捉到形貌上的缺陷特徵,本 實驗對樣品 MoSe2做四種情況的量測做統計,Non-Fresh 的資料從 23 張解析度好的圖取 4 張最具代表性的,細數特徵做統計,Fresh 資料 從 30 張解析度好的圖取 4 張最具代表性的,細數特徵做統計,After Fresh 27 Days 的資料是 8 張取 4,Exposure to oxygen 資料從 3 張解析 良好的圖做統計,如表 4.3.1。
表 4.3.1 四種狀態下,大尺度形貌特徵統計
我們對於 Non-Fresh 上看到的暗點缺陷特徵去做合理的推測,其 中所能觀測到的暗點分兩類:當中較淺色的暗點,有可能是表面上的 雜質吸附,由於雜質不導電,當探針掃到有著雜質的區域,不導電的 雜質阻擋了電子的跑出,因此掃描穿隧式顯微鏡所掃到的圖獲得的穿
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隧電流較少,相對在 STM 形貌圖上就會看到雜質地區形成暗點;而 當中較為深色的暗點,有可能是表面上的深洞,此地區高度落差太大,
電子跑不出來,因此會在形貌上看到深色暗點。Non-Fresh 暗亮點分 析中,我們會看到暗點比例高過於亮點,如圖 4.3.6、4.3.7 所看到的。
圖 4.3.6 Non-Fresh 上看到的暗點(尺度:300nm × 300nm)
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圖 4.3.7 Non-Fresh 上看到的亮點(尺度:300nm × 300nm)
當使用機械剝離法處理樣品後,原本吸附在上頭的雜質被撕掉,
同時撕出易穿隧出電子的缺陷,當探針掃過時,取得的穿隧電流較大,
因此在 STM 影像圖上呈現亮點,Fresh 過後能觀察到亮點大量增多。
Fresh 暗亮點分析如圖 4.3.8、4.3.9 所示,亮點密度高過於暗點的密度。
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圖 4.3.8 Fresh 上看到的暗點(尺度:300nm × 300nm)
圖 4.3.9 Fresh 上看到的亮點(尺度:300nm × 300nm)
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另外為了確認大氣對於 MoSe2表面的作用,首先以機械剝離 法撕過樣品表面,讓表面先處於本質狀態,再將其放置於大氣下 27 天,以 STM 觀察樣品表面的變化。原先機械剝離法撕出易導 電的缺陷,可能因為於大氣下,被吸附物所填補,因此原先 Fresh 時產生的易導電缺陷有變少的趨勢,而不導電的吸附物也造成暗 點密度有變多的趨勢。After Fresh 27 Days 暗亮點分析如圖 4.3.10、
4.3.11 所示。
圖 4.3.10 After Fresh 27 Days 上看到的暗點
(尺度:300nm × 300nm)
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圖 4.3.11 After Fresh 27 Days 上看到的亮點
(尺度:300nm × 300nm)
評估大氣中對於 MoSe2影響最大的氣體,推測氧氣最有可能,由 於大氣中氧氣為第二多的氣體,且於 STM 腔體內,氧氣也是僅次於 氫氣的存在,另外氧氣本身也是活性大,氧原子與硒原子也屬同族元 素,因此本實驗設計上特地曝純氧氣,觀察氧氣對於 MoSe2樣品表面 會有什麼樣的作用發生。操作上,先以機械剝離法撕過樣品,確定樣 品表面一開始處於本質狀態,將其移置於超高真空下的準備腔中再放 入氧氣,刻意讓 MoSe2表面曝露在氧氣環境,會發現亮點大量減少,
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原先經由機械剝離過程所產生的易導電缺陷消失許多,推測在氧氣環 境下,這些易導電缺陷被填補的效率更高所致。Exposure to oxygen 暗 亮點分析如圖 4.3.12、4.3.13 所示。
圖 4.3.12 Exposure to oxygen 上看到的暗點
(尺度:300nm × 300nm)
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圖 4.3.13 Exposure to oxygen 上看到的亮點
(尺度:300nm × 300nm)